近日，南京农业大学园艺学院滕年军教授团队分别在The Plant Journal和Plant, Cell and Environment发表了题为“LlbHLH87 interacts with LlSPT to modulate thermotolerance via activation of LlHSFA2 and LlEIN3 in lily”和“An AP2/ERF member LlERF012 confers thermotolerance via activation of HSF pathway in lily”系列研究论文，揭示了bHLH类转录因子LlbHLH87和LlSPT互作拮抗调控百合耐热性的新机制，以及AP2/ERF转录因子LlERF012协同热激转录因子参与百合耐热性建立的新机制。
百合（Lilium spp.）是百合科百合属多年生球根植物，具有“三好百合”和“球根花卉之王”之美誉。其花朵硕大优美、气味芬芳，同时兼具食用和药用价值，因此具有很高的经济价值。百合喜冷凉湿润气候，生长适宜温度为22-28℃，通常环境温度高于30℃会造成百合植株矮小、花蕾发育不良，进而降低百合品质。因此，解析百合响应高温的分子机制，应用分子生物技术培育耐热百合栽培品种具有重要的理论和实践意义。
bHLH转录因子是植物中较大的转录因子家族之一，它们在植物的生长发育、次生代谢和对生物/非生物胁迫的响应中发挥重要作用。然而，bHLH转录因子在植物耐热性方面的报道较少，多数成员在高温响应途径中的功能还未知。本研究中在百合中鉴定出一个受高温显著诱导表达的bHLH家族成员LlbHLH87，证明了其在百合的耐热性建立中发挥重要作用。LlbHLH87受瞬时高温胁迫即迅速诱导表达，其编码蛋白定位于细胞核中，在酵母和植物细胞中均表现出转录激活活性。在拟南芥中过表达LlbHLH87增强了基础耐热性，而在百合中沉默LlbHLH87则降低了基础耐热性。转录组分析显示，LlbHLH87在百合中过表达可显著激活关键的热激转录因子HSF调控途径；进一步分析显示，LlbHLH87与LlHSFA2和ETHYLENE-INSENSITIVE 3（LlEIN3）的启动子结合，直接激活它们的表达。此外，LlbHLH87与自身以及SPATULA（LlSPT）蛋白相互作用。LlSPT在长时间的高温胁迫条件下被激活表达，其蛋白竞争LlbHLH87的同源互作，降低了LlbHLH87对靶基因的转录激活能力。与单独过表达LlbHLH87相比，共表达LlbHLH87和LlSPT降低了百合瞬时强烈高温的耐受性，但提高了其对长时温和高温处理的热敏感性。这些结果表明，LlbHLH87通过激活LlEIN3和LlHSFA2来调节耐热性，同时LlSPT与其互作发挥拮抗作用，从而调控植物对于不同环境高温条件的适应。
LlbHLH87与LlSPT互作激活和平衡热激反应提高百合热适应性
热激转录因子（HSFs）是植物响应热胁迫（HS）的核心因子，但其调控网络复杂，尤其是关于HSFBs的调控网络尚不清楚。首先，团队以LlHSFB1为研究对象，发现其正调控百合耐热性。通过克隆LlHSFB1启动子，并进行酵母单杂交筛选实验鉴定得到热诱导的AP2/ERF转录因子LlERF012。通过酵母单杂交、双荧光素酶效应子-报告子分析、EMSA证实LlERF012结合LlHSFB1启动子中的DRE并激活其表达。过表达LlERF012提高拟南芥和百合的耐热性，但沉默LlERF012则降低百合的耐热性。进一步分析表明，LlERF012与LlHSFA1相互作用，从而增强了LlERF012的转录激活活性和DNA结合能力。此外，LlERF012通过结合DRE直接激活了A类HSFs（LlHSFA1、LlHSFA2、LlHSFA3A和LlHSFA3B）的表达，而LlERF012与LlHSFA1的相互作用增强了这些激活效应。综上，LlERF012是百合耐热调控网络中的关键因子，LlERF012与LlHSFA1的相互作用协同调控了包括A类和B热激转录因子，为AP2/ERF转录因子介导不同的HSFs在植物耐热性中的功能提供了新的证据。
热胁迫条件下LlERF012调控百合耐热性的工作模型
南京农业大学百合科研团队吴泽副教授是The Plant Journal论文的第一作者，滕年军教授为通讯作者，团队成员博士生李婷、丁利平、向均和方倩倩，以及硕士生龚雪、章茵艺和余俊朋参与了该研究，北京市农林科学院梁佳惠博士提供了重要帮助。本研究受到国家自然科学基金项目、中央高校基本科研业务费和江苏省农作物种质资源保护项目的资金支持。
南京农业大学百合科研团队博士生李婷、吴泽副教授是Plant, Cell and Environment论文的共同第一作者，滕年军教授为通讯作者，团队成员钟山青年研究员徐素娟博士，博士生向均和丁利平，以及硕士生章茵艺参与了该研究。本研究得到了江苏省高校优势学科项目、江苏省种业振兴“JBGS”项目、江苏省农作物种质资源保护项目和江苏省现代农业产业技术体系资金的支持。
滕年军教授团队主要从事百合生物育种与栽培、百合生殖发育与耐热性分子调控机制等方面的研究与应用工作。近几年，团队还在New Phytologist、Plant Physiology、Journal of Experimental Botany、Horticulture Research、Molecular Horticulture等期刊上发表多篇相关研究论文，培育了一批已产业化的百合新品种，在南京市栖霞区八卦洲建有120多亩的百合研究与中试基地，以及在全国多地合作建成了10余个百合推广示范基地（示范点）。
原文链接：
https://doi.org/10.1111/tpj.17060
https://doi.org/10.1111/pce.15058
来源：南京农业大学
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